TW202326190A - 基於空芯光子晶體纖維之寬帶輻射產生器 - Google Patents

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彼得 馬克西米利安 格茲
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Abstract

本發明提供一種用於包含一空芯光子晶體纖維(HC-PCF)之一輻射源之源控制配置，該HC-PCF具備具有一芯直徑之一空芯，該源控制配置包含：至少一個處理器；及一脈衝線性調頻配置，其經組態以接收脈衝式泵浦輻射並可控地線性調頻該脈衝式泵浦輻射以便輸出線性調頻脈衝式泵浦輻射以用於在一壓力下激發包含於該纖維之該空芯內之一工作介質。該至少一個處理器可操作以組態該輻射源之源參數，該等源參數包括該壓力及一脈衝線性調頻參數中之一者或兩者，使得該線性調頻脈衝式泵浦輻射在該HC-PCF內經歷一光譜加寬程序，藉此產生具有針對該HC-PCF之一參考芯直徑之一預定義光譜的一輸出輻射，以便補償該芯直徑相對於該參考芯直徑之變化。

Description

基於空芯光子晶體纖維之寬帶輻射產生器
本發明係關於一種基於空芯光子晶體纖維之寬帶輻射產生器，且特定而言，係關於與積體電路製造中之度量衡應用有關的此寬帶輻射產生器。
微影裝置為經建構以將所要之圖案施加至基板上之機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)之製造中。微影裝置可例如將圖案化器件(例如光罩)處之圖案(亦常常被稱作「設計佈局」或「設計」)投影至提供於基板(例如晶圓)上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。
為了將圖案投影於基板上，微影裝置可使用電磁輻射。此輻射之波長判定可形成於基板上之特徵的最小大小。當前在使用中之典型波長為365 nm (i線)、248 nm、193 nm及13.5 nm。相比於使用例如具有193 nm之波長之輻射的微影裝置，使用具有在4 nm至20 nm之範圍內的波長(例如，6.7 nm或13.5 nm)之極紫外線(EUV)輻射的微影裝置可用以在基板上形成較小特徵。
低k 1微影可用於處理尺寸小於微影裝置之經典解析度極限的特徵。在此程序中，可將解析度公式表達為CD = k 1×λ/NA，其中λ為所採用輻射之波長，NA為微影裝置中之投影光學件之數值孔徑，CD為「臨界尺寸」(通常為經印刷之最小特徵大小，但在此情況下為半間距)且k 1為經驗解析度因數。一般而言，k 1愈小，則在基板上再生類似於由電路設計者規劃之形狀及尺寸以便達成特定電功能性及效能的圖案變得愈困難。為了克服此等困難，可將複雜微調步驟應用於微影投影裝置及/或設計佈局。此等步驟包括(例如)但不限於NA之最佳化、定製照明方案、使用相移圖案化器件、諸如設計佈局中之光學近接校正(OPC，有時亦被稱作「光學及程序校正」)之設計佈局的各種最佳化，或通常經定義為「解析度增強技術」(RET)之其他方法。或者，用於控制微影裝置之穩定性之嚴格控制迴路可用以改良在低k 1下之圖案之再生。
度量衡工具用於IC製造程序之許多態樣中，例如作為用於在曝光之前適當定位基板之對準工具，用以量測基板之表面拓樸之位階量測工具，用於例如在程序控制中檢測/量測經曝光及/或經蝕刻產品的以焦點控制及散射量測為基礎之工具。在每一狀況下，皆需要輻射源。出於不同原因，包括量測穩定性及準確度，寬帶或白光鐳射源愈加經使用於此等度量衡應用。將需要對目前器件進行改良以用於寬帶輻射產生。
在本發明的第一態樣中，提供一種用於包含一空芯光子晶體纖維(HC-PCF)之一輻射源之源控制配置，該空芯光子晶體纖維(HC-PCF)包含具有一芯直徑之一空芯，該源控制配置包含：至少一個處理器；及一脈衝線性調頻配置，其經組態以可控地線性調頻該脈衝式泵浦輻射以便輸出線性調頻脈衝式泵浦輻射以用於在一壓力下激發包含於該纖維之該空芯內的一工作介質；其中該至少一個處理器可操作以組態該輻射源之源參數，該等源參數包括該壓力及一脈衝線性調頻參數中之一者或兩者，使得該線性調頻脈衝式泵浦輻射在該HC-PCF內經歷一光譜加寬程序，藉此產生具有針對該HC-PCF之一參考芯直徑之一預定義光譜的一輸出輻射，以便補償該芯直徑相對於該參考芯直徑之變化。
在本發明的第二態樣中，提供一種控制包含一空芯光子晶體纖維(HC-PCF)之一輻射源之方法，該空芯光子晶體纖維(HC-PCF)包含具有一芯直徑之一空芯，該方法包含：可控地線性調頻該脈衝式泵浦輻射以便輸出線性調頻脈衝式泵浦輻射以用於在一壓力下激發包含於該纖維之該空芯內的一工作介質；及組態該輻射源之源參數，該等源參數包括該壓力及一脈衝線性調頻參數中之一者或兩者，使得該線性調頻脈衝式泵浦輻射在該HC-PCF內經歷一光譜加寬程序，藉此產生具有針對該HC-PCF之一參考芯直徑之一預定義光譜的一輸出輻射，以便補償該芯直徑相對於該參考芯直徑之變化。
本發明之其他態樣包含度量衡器件，該度量衡器件包含第一態樣之寬帶光源器件。
在本文件中，術語「輻射」及「光束」用以涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線輻射(例如具有約365 nm、248 nm、193 nm、157 nm或126 nm之波長)及極紫外線(EUV輻射，例如具有在5 nm至100 nm之範圍內之波長)。
如本文中所採用之術語「倍縮光罩」、「光罩」或「圖案化器件」可廣泛地解釋為係指可用以向入射輻射光束賦予圖案化截面之通用圖案化器件，該圖案化截面對應於待在基板之目標部分中產生之圖案。在此上下文中，亦可使用術語「光閥」。除典型光罩(透射性或反射性，二元、相移、混合式等)以外，其他此類圖案化器件之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。
圖1示意性地描繪微影裝置LA。微影裝置LA包括：照明系統(亦稱為照明器) IL，其經組態以調節輻射光束B (例如UV輻射、DUV輻射或EUV輻射)；光罩支撐件(例如光罩台) MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如光罩) MA且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該圖案化器件MA之第一定位器PM；基板支撐件(例如晶圓台) WT，其經建構以固持基板(例如抗蝕劑塗佈晶圓) W且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該基板支撐件之第二定位器PW；及投影系統(例如折射投影透鏡系統) PS，其經組態以將由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C (例如包含一或多個晶粒)上。
在操作中，照明系統IL例如經由一光束遞送系統BD自一輻射源SO接收一輻射光束。照明系統IL可包括用於引導、塑形及/或控制輻射的各種類型之光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電及/或其他類型之光學組件，或其任何組合。照明器IL可用以調節輻射光束B，以在圖案化器件MA之平面處在其截面中具有所要空間及角強度分佈。
本文中所使用之術語「投影系統」PS應被廣泛地解釋為涵蓋適於所使用之曝光輻射及/或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的各種類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及/或靜電光學系統或其任何組合。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用與更一般之術語「投影系統」PS同義。
微影裝置LA可屬於一種類型，其中基板的至少一部分可由具有相對高折射率之例如水之液體覆蓋，以便填充投影系統PS與基板W之間的空間--此亦稱為浸潤微影。在以引用方式併入本文中之US6952253中給出關於浸潤技術之更多資訊。
微影裝置LA亦可屬於具有兩個或更多個基板支撐件WT (又名「雙載物台」)之類型。在此「多載物台」機器中，可並行地使用基板支撐件WT，及/或可對位於基板支撐件WT中之一者上的基板W進行準備基板W之後續曝光的步驟，同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於在另一基板W上曝光圖案。
除了基板支撐件WT以外，微影裝置LA亦可包含一量測載物台。量測載物台經配置以固持感測器及/或清潔器件。感測器可經配置以量測投影系統PS之特性或輻射光束B之特性。量測載物台可固持多個傳感器。清潔器件可經配置以清潔微影裝置之部分，例如，投影系統PS之部分或提供浸潤液體之系統之部分。量測載物台可在基板支撐器WT遠離投影系統PS時在投影系統PS之下移動。
在操作中，輻射光束B入射於固持在光罩支撐件MT上的圖案化裝置MA (例如光罩)，且藉由呈現於圖案化器件MA上的圖案(設計佈局)進行圖案化。在已橫穿光罩MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，該投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。藉助於第二定位器PW及位置量測系統IF，可準確地移動基板支撐件WT，例如以便在聚焦且對準之位置處在輻射光束B之路徑中定位不同目標部分C。類似地，第一定位器PM及可能另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用以相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化器件MA。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化器件MA與基板W。儘管如所說明之基板對準標記P1、P2佔據專用目標部分，但其可位於目標部分之間的空間中。在基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，此等基板對準標記稱為切割道對準標記。
如圖2中所展示，微影裝置LA可形成微影單元LC，有時亦被稱作微影製造單元(lithocell)或(微影製造單元(litho))叢集，該微影單元常常亦包括用以對基板W執行曝光前程序及曝光後程序之裝置。常規地，此等裝置包括用以沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、用以顯影經曝光之抗蝕劑的顯影器DE、例如用於調節基板W之溫度(例如，用於調節抗蝕劑層中之溶劑)的冷卻板CH及烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板W、在不同程序裝置之間移動基板W且將基板W遞送至微影裝置LA之裝載匣LB。微影製造單元中常常亦統稱為塗佈顯影系統之器件通常處於塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，該塗佈顯影系統控制單元自身可藉由監督控制系統SCS控制，該監督控制系統亦可例如經由微影控制單元LACU控制微影裝置LA。
為了正確且一致地曝光由微影裝置LA曝光之基板W，需要檢測基板以量測經圖案化結構之性質，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等等。出於此目的，可在微影製造單元LC中包括檢測工具(圖中未示)。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光或對待對基板W執行之其他處理步驟進行例如調整，在同一批量或批次之其他基板W仍待曝光或處理之前進行檢測的情況下尤其如此。
亦可被稱作度量衡裝置之檢測裝置用以判定基板W之性質，且詳言之，判定不同基板W之性質如何變化或與同一基板W之不同層相關聯之性質在層與層間如何變化。檢測裝置可替代地經建構以識別基板W上之缺陷，且可例如為微影製造單元LC之一部分，或可整合至微影裝置LA中，或可甚至為單機器件。檢測裝置可量測潛影(在曝光之後在抗蝕劑層中之影像)上之性質，或半潛影(在曝光後烘烤步驟PEB之後在抗蝕劑層中之影像)上之性質，或經顯影抗蝕劑影像(其中抗蝕劑之曝光部分或未曝光部分已被移除)上之性質，或甚至經蝕刻影像(在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後)上之性質。
通常微影裝置LA中之圖案化程序為在處理中之最具決定性步驟中的一者，其需要基板W上之結構之尺寸標定及置放之高準確度。為了確保此高準確度，可將三個系統組合於所謂的「整體」控制環境中，如圖3中示意性地所描繪。此等系統中之一者係微影裝置LA，其(實際上)連接至度量衡工具MT (第二系統)且連接至電腦系統CL (第三系統)。此「整體」環境之關鍵在於最佳化此等三個系統之間的合作以增強總體程序窗且提供嚴格控制迴路，從而確保由微影裝置LA執行之圖案化保持在程序窗內。程序窗定義特定製造程序產生經定義結果(例如功能性半導體器件)內--通常允許微影程序或圖案化程序中之程序參數變化內--的一系列程序參數(例如劑量、焦點、疊對)。
電腦系統CL可使用待圖案化之設計佈局(之部分)以預測使用哪些解析度增強技術且執行計算微影模擬及計算以判定哪種光罩佈局及微影裝置設定達成圖案化程序之最大總體程序窗(由第一標度SC1中之雙箭頭在圖3中描繪)。通常，解析度增強技術經配置以匹配微影裝置LA之圖案化可能性。電腦系統CL亦可用於偵測程序窗內何處之微影裝置LA當前正在操作(例如，使用來自度量衡工具MT之輸入)以預測缺陷是否歸因於例如次佳處理而可存在(在圖3中由第二標度SC2中的指向「0」之箭頭描繪)。
度量衡工具MT可將輸入提供至電腦系統CL以實現準確模擬及預測，且可將回饋提供至微影裝置LA以識別例如微影裝置LA之校準狀態中之可能漂移(在圖3中由第三標度SC3中之多個箭頭描繪)。
在微影程序中，需要頻繁地對所創造之結構進行量測，例如，用於程序控制及驗證。用以進行此類量測之工具通常被稱為度量衡工具MT。用於進行此類量測之不同類型的度量衡工具MT為吾人所知，包括掃描電子顯微鏡或各種形式之散射計度量衡工具MT。散射計為多功能器具，其允許藉由在光瞳或與散射計之物鏡之光瞳共軛的平面中具有感測器來量測微影程序之參數(量測通常被稱作以光瞳為基礎之量測)，或藉由在影像平面或與影像平面共軛之平面中具有感測器來量測微影程序之參數，在此狀況下量測通常被稱作以影像或場為基礎之量測。以全文引用之方式併入本文中之專利申請案US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中另外描述此類散射計及相關量測技術。前述散射計可使用來自軟x射線及對近IR波長範圍可見的光來量測光柵。
在第一實施例中，散射計MT係角度解析散射計。在此散射計中，重建構方法可應用於經量測信號以重建構或計算光柵之性質。此重建構可例如由模擬散射輻射與目標結構之數學模型之相互作用且比較模擬結果與量測之結果引起。調整數學模型之參數直至經模擬相互作用產生相似於自真實目標觀測到之繞射圖案的繞射圖案為止。
在第二實施例中，散射計MT係光譜散射計MT。在此光譜散射計MT中，由輻射源發射之輻射經引導至目標上且來自目標之反射或散射輻射經引導至光譜儀偵測器，該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射之光譜(亦即隨波長而變之強度之量測)。根據此資料，可例如藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與經模擬光譜庫之比較來重建構產生偵測到之光譜的結構或剖面。
在一第三實施例中，該散射計MT為一橢圓量測散射計。橢圓量測散射計允許藉由量測針對每一偏振狀態之散射輻射來判定微影程序之參數。此度量衡裝置藉由在度量衡裝置之照明區段中使用例如適當偏振濾光器來發射偏振光(諸如線性、環狀或橢圓)。適合於度量衡裝置之源亦可提供偏振輻射。以全文引用之方式併入本文中之美國專利申請案11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110及13/891,410中描述現有橢圓量測散射計之各種實施例。
在散射計MT之一個實施例中，散射計MT適用於藉由量測反射光譜及/或偵測組態中之不對稱性(該不對稱性係與疊對之範圍有關)來量測兩個未對準光柵或週期性結構之疊對。兩個(通常重疊)光柵結構可經應用於兩個不同層(未必為連續層)中，且可形成為處於晶圓上大體上相同的位置。散射計可具有如例如共同擁有之專利申請案EP1,628,164A中所描述之對稱偵測組態，使得任何不對稱性可明確區分的。此提供用以量測光柵中之未對準之直接方式。可在全文以引用方式併入本文中之PCT專利申請公開案第WO 2011/012624號或美國專利申請案第US 20160161863號中找到關於含有作為目標之週期性結構之兩個層之間的疊對誤差經由該等週期性結構之不對稱性予以量測的另外實例。
其他所關注參數可為焦點及用量。可藉由如全文係以引用方式併入本文中之美國專利申請案US2011-0249244中所描述之散射量測(或替代地藉由掃描電子顯微法)同時判定焦點及劑量。可使用具有針對焦點能量矩陣(FEM--亦被稱作焦點曝光矩陣)中之每一點之臨界尺寸及側壁角量測之獨特組合的單一結構。若可得到臨界尺寸及側壁角之此等獨特組合，則可根據此等量測獨特地判定焦點及量值。
度量衡目標可為藉由微影程序主要在抗蝕劑中形成且亦在例如蝕刻程序之後形成的複合光柵之總體。通常，光柵中之結構之節距及線寬很大程度上取決於量測光學件(尤其是光學件之NA)以能夠俘獲來自度量衡目標之繞射階。如較早所指示，繞射信號可用以判定兩個層之間的移位(亦被稱作「疊對」)或可用以重建構如藉由微影程序所產生的原始光柵之至少一部分。此重建構可用於提供微影程序之品質指導，且可用於控制微影程序之至少部分。目標可具有經組態以模仿目標中之設計佈局的功能性部分之尺寸的較小子分段。由於此子分段，目標將表現得更相似於設計佈局之功能性部分，使得總體程序參數量測較佳類似於設計佈局之功能性部分。可在填充不足模式下或在填充過度模式下量測目標。在填充不足模式下，量測光束產生小於總體目標之光點。在填充過度模式下，量測光束產生大於總體目標之光點。在此填充過度模式中，亦有可能同時量測不同目標，因此同時判定不同處理參數。
使用特定目標進行之微影參數之總體量測品質至少部分藉由用以量測此微影參數之量測配方予以判定。術語「基板量測配方」可包括量測自身之一或多個參數、經量測之一或多個圖案的一或多個參數，或兩者。舉例而言，若用於基板量測配方中之量測為以繞射為基礎之光學量測，則量測之參數中之一或多者可包括輻射之波長、輻射之偏振、輻射相對於基板之入射角、輻射相對於基板上之圖案之定向，等。用以選擇量測配方之準則中之一者可例如為量測參數中之一者對於處理變化之敏感度。以全文引用之方式併入本文中之美國專利申請案US2016-0161863及美國專利公開申請案US 2016/0370717A1中描述更多實例。
圖4中描繪度量衡裝置，諸如散射計。該度量衡裝置包含將輻射投影至基板6上之寬帶(白光)輻射投影儀2。將經反射或經散射輻射傳遞至光譜儀偵測器4，該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射之光譜10 (亦即，依據波長變化的之強度之量測)。根據此資料，可藉由處理單元PU例如藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與如在圖3之底部處所展示的經模擬光譜庫之比較來重建構產生偵測到之光譜的結構或剖面。一般而言，對於重建構，結構之一般形式為吾人所知，且自供製造結構之程序之知識來假定一些參數，從而僅留下結構之少許參數以自散射量測資料予以判定。此散射計可組態為正入射散射計或斜入射散射計。
經由量測度量衡目標之微影參數的整體量測品質係至少部分地由用以量測此微影參數之量測配方來判定。術語「基板量測配方」可包括量測自身之一或多個參數、經量測之一或多個圖案的一或多個參數，或兩者。舉例而言，若用於基板量測配方中之量測為以繞射為基礎之光學量測，則量測之參數中之一或多者可包括輻射之波長、輻射之偏振、輻射相對於基板之入射角、輻射相對於基板上之圖案之定向，等。用以選擇量測配方之準則中之一者可例如為量測參數中之一者對於處理變化之敏感度。以全文引用之方式併入本文中之美國專利申請案US2016/0161863及美國專利公開申請案US 2016/0370717A1中描述更多實例。
用於IC製造之另一類型的度量衡工具為構形量測系統、位階感測器或高度感測器。此類工具可整合於微影裝置中，用於量測基板(或晶圓)之頂部表面的構形。基板之表面形貌的映射(亦稱為高度圖)可由指示依據在基板上之位置而變化的基板之高度的此等量測產生。此高度圖隨後可用以在將圖案轉印於基板上期間校正基板之位置，以便在基板上之恰當聚焦位置中提供圖案化器件之空中影像。將理解，「高度」在此上下文中指平面至基板之廣泛尺寸(亦稱作Z軸)。通常，位階或高度感測器在固定位置(相對於其自身光學系統)處執行量測，且基板與位階或高度感測器之光學系統之間的相對移動跨基板在各位置處產生高度量測。
圖5中示意性地展示此項技術中已知之位階或高度感測器LS之實例，該圖5僅說明操作原理。在此實例中，位階感測器包含光學系統，該光學系統包括投影單元LSP及偵測單元LSD。投影單元LSP包含提供輻射光束LSB之輻射源LSO，該輻射光束LSB由投影單元LSP之投影光柵PGR賦予。輻射源LSO可為例如窄帶(諸如超連續光譜光源、偏振或非偏振、經脈衝或連續)或寬帶光源(諸如偏振或非偏振雷射光束)。輻射源LSO可包括具有不同顏色或波長範圍之複數個輻射源，諸如複數個LED。位階感測器LS之輻射源LSO不限於可見光輻射，但可另外地或替代地涵蓋UV及/或IR輻射及適合於自基板之表面反射的任何波長範圍。
投影光柵PGR為包含週期性結構的週期性光柵，該週期性結構產生具有週期性變化強度之輻射光束BE1。具有週期性變化強度之輻射光束BE1經導向基板W上的相對於垂直於入射基板表面之軸(Z軸)具有入射角ANG的量測部位MLO，該入射角ANG介於0度與90度之間，通常介於70度與80度之間。在量測部位MLO處，圖案化輻射光束BE1由基板W反射(藉由箭頭BE2指示)且經導向偵測單元LSD。
為判定量測部位MLO處之高度位階，位階感測器進一步包含偵測系統，該偵測系統包含偵測光柵DGR、偵測器DET及用於處理偵測器DET之輸出信號的處理單元(圖中未示)。偵測光柵DGR可與投影光柵PGR相同。偵測器DET產生偵測器輸出信號，該偵測器輸出信號指示接收到之光，例如指示接收到之光之強度，諸如光偵測器，或表示接收到之強度之空間分佈，諸如攝影機。偵測器DET可包含一或多個偵測器類型之任一組合。
藉助於三角量測技術，可判定量測部位MLO處之高度位階。所偵測之高度位階通常與如藉由偵測器DET所量測之信號強度相關，該信號強度具有尤其取決於投影光柵PGR之設計及(傾斜)入射角ANG的週期性。
投影單元LSP及/或偵測單元LSD可沿投影光柵PGR與偵測光柵DGR之間的圖案化輻射光束之路徑(圖中未示)而包括其他光學元件，諸如透鏡及/或鏡面。
在實施例中，可省略偵測光柵DGR，且可將偵測器DET置放於偵測光柵DGR所定位之位置處。此組態提供投影光柵PGR之影像的較直接偵測。
為了有效地覆蓋基板W之表面，位階感測器LS可經組態以將量測光束BE1之陣列投影至基板W之表面上，藉此產生覆蓋較大量測範圍之量測區域MLO或光點的陣列。
例如在兩者以引用方式併入的US7265364及US7646471中揭示一般類型之各種高度感測器。在以引用之方式併入的US2010233600A1中揭示使用UV輻射而非可見或紅外線輻射之高度感測器。在以引用之方式併入的WO2016102127A1中，描述使用多元件偵測器來偵測及辨別光柵影像之位置而無需要偵測光柵的緊湊型高度感測器。
用於IC製造中之另一類型之度量衡工具為對準感測器。因此，微影裝置之效能之關鍵態樣能夠相對於置於先前層中(藉由同一裝置或不同微影裝置)之特徵恰當且準確地置放經施加圖案。出於此目的，基板具備一或多組標記或目標。各標記為稍後可使用位置感測器(通常為光學位置感測器)量測其位置之結構。位置感測器可稱為「對準感測器」，且標記可稱為「對準標記」。
微影裝置可包括可藉以準確地量測經提供於基板上之對準標記之位置的一或多個(例如複數個)對準感測器。對準(或位置)感測器可使用諸如繞射及干涉之光學現象以自形成於基板上的對準標記獲得位置資訊。用於當前微影裝置中之對準感測器的一實例係基於如US6961116中所描述之自參考干涉計。已開發出位置感測器之各種增強及修改，例如如US2015261097A1中所揭示。所有此等公開案之內容係以引用之方式併入本文中。
圖6為諸如例如US6961116中所描述且以引用之方式併入的已知對準感測器AS之一實施例的示意性方塊圖。輻射源RSO提供具有一或多個波長之輻射光束RB，該輻射光束係由轉向光學件轉向至標記(諸如位於基板W上之標記AM)上，而作為照明光點SP。在此實例中，轉向光學件包含光點鏡面SM及物鏡OL。照明標記AM之照明光點SP之直徑可略小於標記自身之寬度。
由對準標記AM繞射之輻射(在此實例中經由物鏡OL)經準直成資訊攜載光束IB。術語「繞射」意欲包括來自標記之零階繞射(其可稱為反射)。例如上文所提及之US6961116中所揭示之類型的自參考干涉計SRI以自身干涉光束IB，其後光束由光偵測器PD接收。可包括額外光學件(圖中未示)以在由輻射源RSO產生多於一個波長之狀況下提供單獨光束。光偵測器可為單個元件，或其視需要可包含多個像素。光偵測器可包含感測器陣列。
在此實例中包含光點鏡面SM之轉向光學件亦可用以阻擋自標記反射之零階輻射，使得資訊攜載光束IB僅包含來自標記AM之高階繞射輻射(此對於量測並非必需的，但改良信雜比)。
強度信號SI經供應至處理單元PU。藉由區塊SRI中之光學處理與單元PU中之演算處理的組合，輸出基板相對於參考框架之X位置及Y位置的值。
所說明類型之單個量測僅將標記之位置固定在對應於該標記之一個節距的某一範圍內。結合此量測來使用較粗略量測技術，以識別正弦波之哪一週期為含有所標記位置之週期。可在不同波長下重複較粗略及/或較精細層級之同一程序，以用於提高準確度及/或用於穩固地偵測標記，而無關於製成標記之材料及供標記提供於上方及/或下方之材料。可光學地多工及解多工該等波長以便同時處理該等波長，及/或可藉由分時或分頻來多工該等波長。
在此實例中，對準感測器及光點SP保持靜止，而基板W移動。對準感測器可因此經穩固且準確地安裝至參考框架，同時在與基板W之移動方向相對的方向上有效地掃描標記AM。在此移動中，藉由將基板W安裝於基板支撐件上且基板定位系統控制基板支撐件之移動來控制基板W。基板支撐件位置感測器(例如干涉計)量測基板支撐件之位置(圖中未示)。在一實施例中，一或多個(對準)標記提供於基板支撐件上。對提供於基板支撐件上之標記之位置的量測允許校準如由位置感測器所判定之基板支撐件的位置(例如相對於對準系統所連接之框架)。對提供於基板上之對準標記之位置的量測允許判定基板相對於基板支撐件之位置。
上文所提及之度量衡工具MT (諸如散射計、構形量測系統或位置量測系統)可使用源自輻射源之輻射來執行量測。藉由度量衡工具使用之輻射之性質可影響可執行之量測的類型及品質。對於一些應用，使用多個輻射頻率來量測基板可為有利的，例如可使用寬帶輻射。多個不同頻率可能夠在不干涉其他頻率或最少干涉其他頻率之情況下傳播、輻照及散射開度量衡目標。因此，可例如使用不同頻率來同時獲得更多度量衡資料。不同輻射頻率亦可能夠查詢及發現度量衡目標之不同性質。寬帶輻射可適用於諸如位階感測器、對準標記量測系統、散射量測工具或檢測工具之度量衡系統MT中。寬帶輻射源可為超連續光譜源。
例如超連續輻射之高品質寬帶輻射可能難以產生。用於產生寬帶輻射之一種方法可為例如利用非線性高階效應來增寬高功率窄帶或單頻輸入輻射或泵浦輻射。輸入輻射(其可使用雷射來產生)可稱作泵雷射輻射。替代地，輸入輻射可被稱作種子輻射。為獲得用於增寬效應之高功率輻射，可將輻射約束至較小區域中以使得達成很大程度上經局域化之高強度輻射。在彼等區域中，輻射可與增寬結構及/或形成非線性介質之材料相互作用以便產生寬帶輸出輻射。在高強度輻射區域中，不同材料及/或結構可用於藉由提供合適的非線性介質來實現及/或改良輻射增寬。
在一些實施中，在光子晶體纖維(PCF)中產生寬帶輸出輻射。在若干實施例中，此類光子晶體纖維在其纖維芯周圍具有微結構，有助於將行進通過纖維之輻射約束於纖維芯中。纖維芯可由具有非線性性質且當高強度泵浦輻射透射通過纖維芯時能夠產生寬帶輻射之固體材料製成。儘管在實芯光子晶體纖維中產生寬帶輻射為可行的，但使用固體材料可存在幾個缺點。舉例而言，若在實芯中產生UV輻射，則此輻射可不存在於纖維之輸出光譜中，此係由於輻射由大多數實心材料吸收。
在一些實施中，如下文參考圖8進一步論述，用於加寬輸入輻射之方法及裝置可使用一種纖維以用於約束輸入輻射且用於將輸入輻射加寬以輸出寬帶輻射。該纖維可為空芯纖維，且可包含用以在纖維中達成輻射之有效導引及限制的內部結構。該纖維可為一空芯光子晶體纖維(HC-PCF)，其尤其適合於主要在纖維之空芯內部進行強輻射約束，從而實現高輻射強度。纖維之空芯可經氣體填充，該氣體充當用於增寬輸入輻射之增寬介質。此纖維及氣體配置可用以產生超連續光譜輻射源。輸入至纖維之輻射可為電磁輻射，例如在紅外線、可見光、UV及極UV光譜中之一或多者中的輻射。輸出輻射可由寬帶輻射組成或包含寬帶輻射，該寬帶輻射在本文中可稱作白光。
一些實施例係關於包含一光纖之此寬帶輻射源的新設計。光纖為一空芯光子晶體纖維(HC-PCF)。特定言之，該光纖可為包含用於限制輻射之反諧振結構之類型的空芯光子晶體纖維。包含反諧振結構之此類纖維在此項技術中已知為反諧振纖維、管狀纖維、單環纖維、負曲率纖維或抑制耦合纖維。此類纖維之各種不同設計在此項技術中已知。替代地，光纖可為光子帶隙纖維(HC-PBF，例如Kagome纖維)。
可工程設計多種類型之HC-PCF，各自基於不同的物理導引機制。此類之兩種HC-PCF包括：空芯光子帶隙纖維(HC-PBF)及空芯反諧振反射纖維(HC-ARF)。HC-PCF之設計及製造上之細節可見於以引用之方式併入本文中之美國專利US2004/015085A1 (針對HC-PBF)及國際PCT專利申請案WO2017/032454A1 (針對空芯反諧振反射纖維)中。圖9(a)展示包含Kagome晶格結構之Kagome纖維。
現將參考圖7描述用於輻射源中之光纖的實例，圖7為橫向平面中光纖OF之示意性截面圖。類似於圖7之纖維之實際實例的其他實施例揭示於WO2017/032454A1中。
光纖OF包含細長主體，光纖OF在一個維度上比光纖OF之其他兩個維度相比更長。此更長維度可被稱作軸向方向，且可界定光纖OF之軸線。兩個其他尺寸限定可稱為橫向平面之平面。圖7展示光纖OF在經標記為x-y平面之此橫向平面(亦即，垂直於軸線)中之截面。光纖OF之橫向截面可為沿纖維軸線實質上恆定的。
應瞭解，光纖OF具有一定程度之可撓性，且因此，一般而言，軸線之方向沿著光纖OF之長度將不均一。諸如光軸、橫向截面及類似者之術語應理解為意指局部光軸、局部橫向截面等等。此外，在組件經描述為成圓柱形或管狀之情況下，此等術語將理解為涵蓋當光纖OF彎曲時可能已變形的此類形狀。
光纖OF可具有任何長度且將瞭解，光纖OF之長度可取決於應用。光纖OF可具有1 cm與10 m之間的長度，例如，光纖OF可具有10 cm與100 cm之間的長度。
光纖OF包含：空芯HC；包圍空芯HC之包覆部分；及包圍且支撐包覆部分之支撐部分SP。可將光纖OF視為包含具有空芯HC之主體(包含包覆部分及支撐部分SP)。該包覆部分包含用於導引輻射穿過空芯HC之複數個反諧振元件。特定而言，複數個反諧振元件經配置以將傳播穿過光纖OF之輻射主要限制在空芯HC內部，且沿著光纖OF導引輻射。光纖OF之空芯HC可實質上安置於光纖OF之中心區中，以使得光纖OF的軸線亦可界定光纖OF之空芯HC之軸線。
該包覆部分包含用於導引輻射傳播穿過光纖OF之複數個反諧振元件。特定言之，在此實施例中，包覆部分包含六個管狀毛細管CAP之單環。該等管狀毛細管CAP中之各者充當反諧振元件。
毛細管CAP亦可稱作管。毛細管CAP在截面中可為圓形，或可具有另一形狀。每一毛細管CAP包含大體上為圓柱形之壁部分WP，該大體上為圓柱形之壁部分WP至少部分地界定光纖OF的空芯HC且將空芯HC與毛細管空腔CC分離。應瞭解，壁部分WP可充當用於輻射之抗反射法布里-珀羅(Fabry-Perot)諧振器，該輻射傳播穿過空芯HC (且該輻射可以一掠入射角入射於壁部分WP上)。壁部分WP之厚度可為合適的，以便確保大體上增強返回空芯HC之反射，同時大體上抑制進入毛細管空腔CC之透射。在一些實施例中，毛細管壁部分WP可具有在0.01 µm至10.0 µm之間的厚度。
應瞭解，如本文中所使用，術語包覆部分意欲意指光纖OF之用於導引傳播穿過光纖OF之輻射的部分(亦即，將該輻射限制於空芯HC內之毛細管CAP)。輻射可以橫向模式之形式受限制，從而沿纖維軸線傳播。
支撐部分大體上為管狀的且支撐包覆部分之六個毛細管CAP。六個毛細管CAP均勻分佈在內支撐部分SP之內表面周圍。六個毛細管CAP可描述為以大體上六邊形之形式安置。
毛細管CAP經配置以使得各毛細管不與其他毛細管CAP中之任一者接觸。毛細管CAP中之每一者與內支撐部分SP接觸，且與環結構中之相鄰毛細管CAP間隔開。此配置由於可增加光纖OF之透射頻寬(相對於例如毛細管彼此接觸之配置)而可為有益的。替代地，在一些實施例中，毛細管CAP中之各者可與環結構中之相鄰毛細管CAP接觸。
包覆部分之六個毛細管CAP以環結構安置於空芯HC周圍。毛細管CAP之環結構之內表面至少部分地界定光纖OF之空芯HC。空芯HC之直徑d (其可定義為對置毛細管之間的最小尺寸，由箭頭d指示)可在10 µm與1000 µm之間。空芯HC之直徑d可影響空芯HC光纖OF之模場直徑、影響損失、分散、模態多元性及非線性性質。
在此實施例中，包覆部分包含毛細管CAP (其充當反諧振元件)之單環配置。因此，自空芯HC之中心至光纖OF之外部的任何徑向方向上的線穿過不超過一個毛細管CAP。
將瞭解，其他實施例可具備反諧振元件之不同配置。此等配置可包括具有反諧振元件之多個環的配置及具有嵌套式反諧振元件的配置。圖9(a)展示具有毛細管CAP之三個環的HC-PCF之實施例，該等環沿著徑向方向堆疊於彼此之上。在此實施例中，各毛細管CAP在同一環中及不同環中均與其他毛細管接觸。此外，儘管圖7中所展示之實施例包含六個毛細管之環，但在其他實施例中，包含任何數目之反諧振元件(例如4、5、6、7、8、9、10、11或12個毛細管)的一或多個環可經提供於包覆部分中。
圖9(b)展示上文所論述之具有管狀毛細管之單環的HC-PCF之經修改實施例。在圖9(b)的實例中，存在管狀毛細管21之兩個同軸環。為了固持管狀毛細管21之內環及外環，支撐管ST可包括於HC-PCF中。支撐管可由二氧化矽製成。
圖7以及圖9(a)及圖9(b)之實例的管狀毛細管可具有圓形截面形狀。對於管狀毛細管，其他形狀亦為可能的，如橢圓形或多邊形截面。另外，圖7以及圖9(a)及圖9(b)之實例的管狀毛細管之固體材料可包含如PMA之塑性材料、如二氧化矽之玻璃，或軟玻璃。
圖8描繪用於提供寬帶輸出輻射之輻射源RDS。輻射源RDS包含：脈衝式泵浦輻射源PRS或能夠產生所要長度及能量位準之短脈衝的任何其他類型之源；具有空芯HC之光纖OF (例如圖7中所展示之類型)；及安置於空芯HC內之工作介質WM (例如氣體)。儘管在圖8中輻射源RDS包含圖7中所展示之光纖OF，但在替代實施例中，可使用其他類型之空芯HC光纖OF。
脈衝式泵浦輻射源PRS經組態以提供輸入輻射IRD。光纖OF之空芯HC經配置以接收來自脈衝式泵浦輻射源PRS之輸入輻射IRD，且增寬該輸入輻射以提供輸出輻射ORD。工作介質WM使得能夠增寬所接收輸入輻射IRD之頻率範圍以便提供寬帶輸出輻射ORD。
輻射源RDS進一步包含儲集器RSV。光纖OF安置於儲集器RSV內部。儲集器RSV亦可被稱作殼體、容器或氣體單元。儲集器RSV經組態以含有工作介質WM。儲集器RSV可包含此項技術中已知的用於控制、調節及/或監測儲集器RSV內部之工作介質WM (其可為氣體)之組成的一或多個特徵。儲集器RSV可包含第一透明窗TW1。在使用時，光纖OF安置於儲集器RSV內部，以使得第一透明窗TW1接近於光纖OF之輸入端IE處定位。第一透明窗TW1可形成儲集器RSV之壁之部分。第一透明窗TW1可至少對於所接收輸入輻射頻率為透明的，以使得所接收輸入輻射IRD (或至少其較大部分)可耦合至位於儲集器RSV內部之光纖OF中。將瞭解，可提供用於將輸入輻射IRD耦合至光纖OF中之光學件(圖中未示)。
儲集器RSV包含形成儲集器RSV之壁之部分的第二透明窗TW2。在使用中，當光纖OF安置於儲集器RSV內部時，第二透明窗TW2接近於光纖OF之輸出端OE定位。第二透明窗TW2至少對於裝置120之寬帶輸出輻射ORD之頻率可為透明的。
替代地，在另一實施例中，光纖OF之兩個對置末端可置放於不同儲集器內部。光纖OF可包含經組態以接收輸入輻射IRD之第一末端區段，及用於輸出寬帶輸出輻射ORD之第二末端區段。第一末端區段可置放於包含工作介質WM之第一儲集器內部。第二末端區段可置放於第二儲集器內部，其中第二儲集器亦可包含工作介質WM。儲集器之運作可如上文關於圖8所描述。第一儲集器可包含第一透明窗，該第一透明窗經組態以對於輸入輻射IRD為透明的。第二儲集器可包含第二透明窗，該第二透明窗經組態以對於寬帶輸出寬帶輻射ORD為透明的。第一儲集器及第二儲集器亦可包含可密封開口，以准許光纖OF部分地置放於儲集器內部且部分地置放於儲集器外部，使得氣體可密封於儲集器內部。光纖OF可進一步包含並未含於儲集器內部之中間區段。使用兩個分離之氣體儲集器的此配置對於光纖OF相對較長(例如，當長度超過1 m時)之實施例可尤為便利。將瞭解，對於使用兩個單獨氣體儲集器之此類配置，可將兩個儲集器(其可包含此項技術中已知的用於控制、調節及/或監測兩個儲集器內部之氣體之組成的一或多個特徵)視為提供用於提供光纖OF之空芯HC內的工作介質WM之裝置。
在此內容背景中，若在窗上彼頻率之入射輻射之至少50%、75%、85%、90%、95%或99%透射通過窗，則窗對於頻率可為透明的。
第一TW1及第二TW2透明窗兩者可在儲集器RSV之壁內形成氣密密封，以使得可在儲集器RSV內含有工作介質WM (其可為氣體)。應瞭解，氣體WM可以不同於儲集器RSV之周圍環境壓力的壓力含於儲集器RSV內。
工作介質WM可包含：諸如氬、氪及氙之稀有氣體；諸如氫、氘及氮之拉曼(Raman)活性氣體；或諸如氬/氫混合物、氙/氘混合物、氪/氮混合物或氮/氫混合物之氣體混合物。取決於填充氣體之類型，非線性光學程序可包括調變不穩定性(MI)、孤立子自壓縮、孤立子分裂、克爾效應、拉曼效應及分散波產生(DWG)，其詳細內容描述於WO2018/127266A1及US9160137B1 (兩者均特此以引用之方式併入)中。由於可藉由改變儲集器RSR中之工作介質WM壓力(亦即氣體單元壓力)來調諧填充氣體之分散，因此可調整所產生之寬帶脈衝動態及相關光譜增寬特性，以便最佳化頻率轉換。
在一個實施中，工作介質WM可至少在接收用於產生寬帶輸出輻射ORD之輸入輻射IRD期間安置於空芯HC內。應瞭解，當光纖OF未接收用於產生寬帶輸出輻射之輸入輻射IRD時，氣體WM可全部或部分地不存在於空芯HC中。
為了達成頻率增寬，可需要高強度輻射。具有空芯HC光纖OF之優勢為，其可經由對傳播穿過光纖OF之輻射的強空間限制而達成高強度輻射，從而達成高局域化輻射強度。光纖OF內部之輻射強度可例如歸因於高接收輸入輻射強度及/或歸因於光纖OF內部之輻射的強空間限制而較高。空芯光纖之優勢為空芯光纖可導引具有比實芯纖維更廣之波長範圍之輻射，且特定而言，空芯光纖可導引在紫外線及紅外線範圍兩者中之輻射。
使用空芯HC光纖OF之優勢可為在光纖OF內部導引之大部分輻射受限於空芯HC中。因此，光纖OF內部之輻射的大部分相互作用係與提供於光纖OF之空芯HC內部的工作介質WM進行。結果，可增加工作介質WM對輻射之增寬效應。
所接收之輸入輻射IRD可為電磁輻射。輸入輻射IRD可作為脈衝輻射接收。舉例而言，輸入輻射IRD可包含例如由雷射產生之超快脈衝。
輸入輻射IRD可為同調輻射。輸入輻射IRD可為準直輻射，其優點可為促進且改良將輸入輻射IRD耦合至光纖OF中之效率。輸入輻射IRD可包含單一頻率或窄頻率範圍。輸入輻射IRD可由雷射產生。類似地，輸出輻射ORD可為準直及/或同調的。
輸出輻射ORD之寬帶範圍可為連續範圍，包含輻射頻率之連續範圍。輸出輻射ORD可包含超連續輻射。連續輻射可有益於在數個應用中使用，例如在度量衡應用中使用。舉例而言，連續頻率之範圍可用以詢問大量性質。連續頻率之範圍可例如用以判定及/或消除所量測性質之頻率依賴性。超連續輸出輻射ORD可包含例如在100 nm至4000 nm之波長範圍內的電磁輻射。寬帶輸出輻射ORD頻率範圍可為例如400 nm至900 nm、500 nm至900 nm或200 nm至2000 nm。超連續輸出輻射ORD可包含白光。
由脈衝式泵浦輻射源PRS提供之輸入輻射IRD可為脈衝式的。輸入輻射IRD可包含在200 nm與2 µm之間的一或多個頻率之電磁輻射。輸入輻射IRD可例如包含具有1.03 µm之波長的電磁輻射。脈衝式輻射IRD之重複率可具有1 kHz至100 MHz之數量級。脈衝能量可具有0.1 µJ至100 µJ之數量級，例如1至10 µJ。輸入輻射IRD之脈衝持續時間可在10 fs與10 ps之間，例如300 fs。輸入輻射IRD之平均功率可在100 mW至數百W之間。輸入輻射IRD之平均功率可例如為20至50 W。
脈衝式泵浦輻射源PRS可為雷射。可經由(泵浦)雷射參數、工作組件WM變化及光纖OF參數之調整改變及調諧沿光纖OF透射之此雷射脈衝之時空透射特性(例如其光譜振幅及相位)。該等時空透射特性可包括以下中之一或多者：輸出功率、輸出模式輪廓、輸出時間輪廓、輸出時間輪廓之寬度(或輸出脈衝寬度)、輸出光譜輪廓及輸出光譜輪廓之帶寬(或輸出光譜帶寬)。該等脈衝泵浦輻射源PRS參數可包括以下中之一或多者：泵浦波長、泵浦脈衝能量、泵浦脈衝寬度、泵浦脈衝重複率。該等光纖OF參數可包括以下中之一或多者：光纖長度、空芯HC之大小及形狀、毛細管之大小及形狀、包圍空芯HC之毛細管的壁之厚度。該工作組件WM (例如填充氣體)參數可包括以下中之一或多者：氣體類型、氣體壓力及氣體溫度。
由輻射源RDS提供之寬帶輸出輻射ORD可具有至少1 W之平均輸出功率。平均輸出功率可為至少5 W。平均輸出功率可為至少10 W。寬帶輸出輻射ORD可為脈衝寬帶輸出輻射ORD。寬帶輸出輻射ORD可具有至少0.01 mW/nm之輸出輻射的整個波長帶中之功率譜密度。寬帶輸出輻射之整個波長帶中的功率譜密度可為至少3 mW/nm。
為在度量衡感測器/工具MT (諸如上文所提及之度量衡感測器中的任一者)中使用，需要寬帶輸出輻射ORD滿足感測器之各個要求。此等可包括對寬帶輸出輻射ORD之空間、時間及光譜特性的要求。舉例而言，某些度量衡感測器可需要寬帶輸出輻射ORD之功率譜密度(PSD)的變化不應超出最大變化位階。換言之，PSD (在一或多個給定波長下量測或在某一波長範圍內平均)應保持在所要或指定PSD範圍內。
關於PSD變化之緊密容限可將緊密邊界(或容限範圍)強加於寬帶輻射源之操作參數上，亦即以下各者中的一或多者：脈衝式泵輻射源RDS參數(例如，泵浦波長、泵浦脈衝能量、泵浦脈衝寬度、泵浦脈衝重複率)、光纖OF參數(例如，空芯HC之光纖長度、大小及形狀，毛細管之大小及形狀)，及工作介質WM，例如填充氣體、參數(例如，氣體類型、氣體壓力及氣體溫度)。因此，當在度量衡工具MT中使用時，輻射源RDS之操作參數應經緊密地控制於其各別容限範圍內以便產生具有可由度量衡工具MT接受之特性的寬帶輸出輻射ORD。熟習此項技術者應瞭解並非全部前述操作參數可在產生寬帶輸出輻射ORD時經主動地調整。舉例而言，一旦HC-PCF置放並對準於輻射源RDS內，便可不容易地改變光纖OF參數(例如，纖芯直徑)。因此，光纖OF參數之變化(例如，纖芯直徑變化)對寬帶輸出輻射ORD (例如，寬帶光譜)的影響可實際上經由調整其他操作參數(例如，泵浦參數及/或工作介質參數)而被動地補償。
光纖參數之變化通常源於現有製造程序之限制。舉例而言，運用現有纖維牽伸程序，產品HC-PCF之纖芯直徑可通常偏離一參考芯直徑(例如，目標或標稱芯直徑)高達10%的參考直徑。此意謂對於例如30 µm之參考芯直徑，產品纖維之芯直徑可在27 µm與33 µm之間變化。本發明者已執行數值模擬以理解芯直徑變化對寬帶輸出輻射的影響。在模擬中，芯直徑逐漸地變化(例如，以0.5 µm增量自27 µm增加至33 µm)且寬帶輸出輻射ORD之光譜經監測。當芯直徑變化時，其他操作參數保持不變。
如上文所描述，存在涉及產生寬帶輸出輻射ORD (例如，超連續光譜或白光)之許多非線性光學程序。哪些非線性光學程序相比於其他程序具有較明顯光譜加寬效應將取決於如何設定操作參數。舉例而言，藉由選擇泵浦波長及/或光纖以使得泵浦脈衝在正常分散區(正群速分散(GVD))中傳播通過纖維，自相位調變為主導非線性光學程序且負責泵浦脈衝之光譜擴展。然而，在大多數情況下，由脈衝式泵浦輻射源PRS提供之輸入輻射IRD之光譜加寬係由需要泵浦脈衝在異常分散區(負GVD)中之光纖OF中傳播的光固子動力學驅動。此係因為，在異常分散區中，Kerr非線性及分散之效應相對於彼此起作用。當發射成具有異常色散之光纖(例如，HC-PCF)的泵浦脈衝之脈衝參數並不精確地匹配光固子之脈衝參數時，泵浦脈衝將以某一光固子次序及分散波演進成光固子脈衝。
眾所周知，光固子分裂及調變不穩定性(MI)係用於光固子驅動寬帶輻射產生中之光譜加寬的兩個主要機制。兩個機制之間的區別在於：光固子分裂程序係與低光固子次序相關聯，而MI程序係與高光固子次序相關聯。MI為物理程序，其係指非線性分散介質中之強窄帶(相比於MI調變頻率)泵浦脈衝之光譜側頻帶之自發生長。MI通常出現在異常分散區中；然而，若滿足某些要求，則MI亦可出現在正常分散區中，例如，存在高階分散。在MI程序期間，存在於脈衝之電場(或包絡)中(例如，歸因於量子波動)的微小擾動係在存在Kerr非線性的情況下以指數方式放大。擴增之量係藉由MI增益判定。在此MI程序期間，時間脈衝包絡分裂成複數個短時間子結構或基本光固子。平行於此情形，在峰值泵浦波長之兩側處對稱地產生光譜旁頻帶，從而引起連續加寬之光譜輪廓。
調變頻率表達為： 方程式[1] 且對應MI時段由以下給出： 方程式[2] 其中 指示非線性係數， 指示泵功率，且 指示纖維傳播常數。為了主導MI程序，泵浦脈衝應充分長於MI週期 。然而，不可能單獨自泵浦脈衝持續時間告知光固子分裂程序抑或MI程序將為用於寬帶輻射產生中之光譜擴展的主導機制。此係因為泵浦脈衝持續時間隨泵峰值功率而縮放，該泵峰值功率影響非線性係數且因此影響調變時段。
對於具有脈衝持續時間 之給定泵浦脈衝，等效光固子次序N係由以下給出： 。                            方程式[3]
在方程式[1]中，對於 ，光固子為基本光固子。所有其他具有 之光固子為高階光固子。如上文所描述，對於MI程序為主導光譜加寬機制，泵浦脈衝需要充分長於MI週期 (或 )。已發現，光譜加寬通常在 時藉由MI程序主導，而光譜加寬通常在 時藉由光固子分裂主導。因此，對於使用MI程序之配置，需要產生具有高光固子次序 之輸入輻射IRD。此外，如自方程[3]可見，輸入輻射IRD之光固子次序係與輸入輻射IRD之脈衝持續時間 成比例。因此，對於MI程序主導之典型先前技術配置，輸入輻射IRD之脈衝持續時間 通常範圍介於100飛秒(fs)至10皮秒(ps)，且脈衝能量範圍介於1微焦耳(μJ)至20 μJ。
返回參看前述模擬，泵浦脈衝之等效光固子次序N為大約50，其指示泵浦脈衝之光譜加寬主要基於MI程序。本發明者已論證芯直徑變化對輸出光譜具有兩個主要效應：第一，芯直徑變化改變標稱PSD；舉例而言，10%芯直徑改變導致在800 nm下超過50%之PSD改變。第二，芯直徑變化致使光譜之藍色邊緣顯著移位；舉例而言，10%芯直徑改變導致藍色邊緣移位超過50 nm。此類兩個效應對於許多度量衡應用可不係可接受的。
恢復光譜形狀(例如，PSD及藍色邊緣之位置)之現有方法係調整泵浦脈衝能量及氣體壓力，亦稱為能量補償技術。熟習此項技術者應瞭解對於恆定脈衝寬度 ，改變泵浦脈衝能量 不僅歸因於其關係 改變每一泵浦脈衝之峰值功率 ，而且改變為泵浦脈衝能量 與脈衝重複率 之乘積的平均泵浦功率 (亦即 )。因而，泵浦脈衝能量之改變導致充氣空芯HC中的光譜加寬程序(例如，MI程序)之非線性(主要由於峰強度之改變)的改變(其又致使光譜之藍色邊緣移位)，及輸出光譜之PSD之改變(主要由於平均泵功率之改變)。熟習此項技術者亦將瞭解改變氣體壓力改變工作介質WM之密度，其改變充氣空芯HC中之光譜加寬程序之非線性且因此使光譜之藍色邊緣移位。為使任何特定波長或波長範圍之PSD返回至所要/指定的PSD範圍，將需要安裝下游光學件(例如，用於功率調節)，此增加成本及體積。
當實施現有方法時，首先根據HC-PCF之芯直徑調整氣體壓力。眾所周知增加(減少)纖芯直徑需要藉由減少(增加)氣體壓力而補償以便維持實質上相同分散環境用於後續光固子演進。由於減少(增加)纖芯直徑及增加(減少)氣體壓力皆增加(減少)光譜加寬程序之非線性，因此，泵浦脈衝能量需要減少(增加)以便針對不同芯直徑維持實質上相同非線性。表1列出對於每一不同芯直徑之所需氣體壓力及相對脈衝能量。舉例而言，在最大可接受芯直徑33 µm (例如，製造範圍之上端)之情況下，氣體壓力為21巴，且泵浦脈衝能量設定成最大值 。最大泵浦脈衝能量 可在例如1.0 µJ與10.0 µJ之間的範圍內。而，在芯直徑為27 µm且氣體壓力為32.1巴之情況下，泵浦脈衝能量自最大值 降低至67% 。本發明者已自模擬瞭解現有方法在一定程度上適用於補償芯直徑變化之負面影響。補償效應由實質上維持光譜之光譜形狀(例如，藍色及紅色邊緣位置)的事實反映。然而，不管改良，光譜之PSD仍然在400 nm至900 nm之間的範圍內顯著變化；例如10%芯直徑改變導致在800 nm下大約20%之PSD改變。 表1
纖芯直徑(µm) 工作介質壓力(巴) 相對泵浦脈衝能量(%)
27 32.1 67
28 29.8 73
29 27.6 78
30 25.7 83
31 24.0 91
32 22.4 94
33 21.0 100
本發明人已發現為現有方法所固有的前述問題主要由以下事實所引起：調整泵浦脈衝能量同時改變泵浦平均功率及泵浦峰值功率。因此，在本發明中，提議能夠在不遭受上文所提及缺點之情況下補償纖芯直徑變化的方法及裝置。
在以下實例中體現的所提議方法及裝置係基於有可能藉由施加(暫時)線性調頻至泵浦脈衝而顯著減少PSD變化同時維持實質上相同光譜形狀(例如，光譜之一個或兩個邊緣位置)的觀測結果。
本文中，暫時線性調頻理解為雷射脈衝之瞬時頻率的時間相依。眾所周知當短雷射脈衝行進穿過分散介質時，組件頻率按時間分離。在橫穿分散介質時，雷射脈衝之中心相對於在真空中行進的脈衝延遲；此通常稱作群延遲(GD)。另外，分散介質亦對脈衝強加頻率掃掠或線性調頻。特定言之，對於向上線性調頻，瞬時頻率自前邊緣線性地增加至雷射脈衝之後邊緣；而對於向下線性調頻，瞬時頻率隨時間降低。
為較佳理解線性調頻之效應，共同考慮隨頻率 而變的相移 ： 方程式[4] 其中 為GD， 為群延遲分散(GDD)或二階分散， 為三階分散(TOD)且 為四階分散(FOD)。對於Guassian變換有限脈衝(亦即，對於給定頻寬，最短可能脈衝寬度)及假設僅僅來自GDD項之貢獻度，輸出脈衝寬度 (在橫穿分散介質之後)相對於輸入脈衝寬度 (在進入分散介質之前)藉由一因數 而加寬或拉伸： 方程式[5] 脈衝線性調頻及脈衝寬度管理之詳細檢閱係藉由以下各者提供：2000年，Chichester，John Wiley & Sons有限公司，分析化學叢書，R.A. Meyers (Ed.)，13644頁至13670頁中之Gavin D. Reid及Klaas Wynne之「Ultrafast Laser Technology and Spectroscopy」，其以引用的方式併入本文中。
儘管非線性線性調頻亦可適用及用於本文所揭示之概念，但將根據線性線性調頻描述下文所描述之實施例。應注意具有向上線性調頻之脈衝亦可經描述為正線性調頻脈衝且具有向下線性調頻之脈衝亦可經描述為負線性調頻脈衝。
暫時線性調頻(向上線性調頻或向下線性調頻)之量或量值可經特徵化或藉由壓縮線性調頻脈衝至最短脈衝寬度所需的GDD之量(以秒平方(s 2)或飛秒平方(fs 2)為單位)而量化。本發明人已發現較佳在基於HC-PCF之輻射源RDS中實施所提議方法及裝置，其中輸入輻射IRD (或泵浦脈衝)之光譜加寬主要經由MI程序獲得。然而，此不應阻止其在其他輻射源中的應用，其中寬帶輸出輻射ORD經由不同非線性光學程序產生。
經由數值模擬，本發明人已發現在給定纖芯直徑及氣體壓力下，泵浦脈衝能量 可增加相同比例同時泵浦脈衝 經暫時拉伸。舉例而言，泵浦脈衝寬度之10%增加可允許泵浦脈衝能量之10%增加同時維持實質上恆定脈衝峰值功率。泵浦脈衝能量 及泵浦脈衝寬度 之成比例改變意謂泵峰值功率由於 而保持不變。在不影響泵峰值功率的情況下改變泵浦脈衝能量之可能性可允許最佳用於一個芯直徑之相同泵浦脈衝能量待用於一或多個不同芯直徑。
作為實例及返回參看表1，當具有33 µm之芯直徑的現有纖維用具有27 µm之較小芯直徑的新纖維替換時，現有方法將需要最佳化泵浦脈衝能量(亦即，最大泵浦脈衝能量 )降低至 ，藉此產生對輸出光譜的非所需影響(如上文所描述)。相比之下，本文所揭示之實施例允許即使當芯直徑自33 µm降低至27 µm時泵浦脈衝能量仍維持在 處。此基本上意謂用於27 µm之芯直徑的最佳脈衝能量自 增加至 。本文中，最佳泵浦脈衝能量係指產生最接近目標或預定義寬帶光譜之寬帶輸出光譜的能量值。用於給定芯直徑之泵浦脈衝能量的此增加係藉由施加適合量之線性調頻或GDD至泵浦脈衝以便以與泵浦脈衝能量相同之比例暫時拉伸泵浦脈衝而實現。因而，寬帶光譜之形狀(例如，一個或兩個邊緣位置)可保持實質上不受影響(歸因於恆定泵浦脈衝寬度)，而寬帶光譜之絕對PSD位準可隨泵浦脈衝能量縮放(或等效於平均功率)。本發明者亦已發現暫時拉伸泵浦脈衝之脈衝寬度可保持實質上不變同時橫穿纖維之長度以用於產生寬帶輸出輻射。此特定言之為MI程序為主導光譜加寬機制的情況。舉例而言，在傳播穿過纖維之空芯時，線性調頻脈衝式泵浦輻射之脈衝持續時間可總是比線性調頻脈衝式泵浦輻射在進入纖維之空芯後的初始脈衝持續時間之75%寬。
圖10描繪另外裝備有源控制配置的輻射源(例如，如圖8中所展示)之示意性表示。源控制配置可包含至少一個處理器(圖中未示，該至少一個處理器可包含輻射源之處理器或其他)及脈衝線性調頻配置(例如，脈衝線性調頻控制單元CU)，其經組態以接收脈衝式泵浦輻射IRD並可控地線性調頻該脈衝式泵浦輻射IRD以便輸出線性調頻脈衝式泵浦輻射IRD-C以用於在一壓力下激發包含於纖維之空芯內的一工作介質；其中該至少一個處理器可操作以組態該輻射源之源參數，該等源參數包括該壓力及一脈衝線性調頻參數中之一者或兩者，使得該線性調頻脈衝式泵浦輻射在該HC-PCF內經歷一光譜加寬程序，藉此產生具有針對該HC-PCF之一參考芯直徑之一預定義光譜的一輸出輻射ORD，以便補償該芯直徑相對於該參考芯直徑之變化。參考芯直徑可例如為一目標或標稱芯直徑，亦即，在製造HC-PCF期間的目標直徑，其中實際芯直徑可偏離此參考芯直徑。
如在圖中可見，RDS-C與圖8中所展示之輻射源RDS共用許多共同部分或組件。因此，相同參考編號用於指示相同部分或組件。兩個輻射源(RDS及RDS-C)之間的主要差異額外在於輻射源RDS-C之源控制配置。脈衝線性調頻控制單元CU可經組態以接收雷射脈衝及隨後將固定量分散或可調諧量分散應用於雷射脈衝，使得當射出脈衝線性調頻控制單元CU時，雷射脈衝之時間輪廓經改變，例如，經拉伸。脈衝時間輪廓改變的程度及範圍多少可取決於許多參數，諸如雷射脈衝之頻寬及波長、雷射脈衝之現有線性調頻(例如，量及正負號)、藉由脈衝線性調頻控制單元CU提供的分散之量及正負號。在一些較佳實施例中，脈衝線性調頻控制單元CU可經組態以提供充分線性及正或負線性調頻至泵浦脈衝，使得在離開脈衝線性調頻控制單元CU後，泵浦脈衝可總是經正或負線性調頻且因此經暫時拉伸至所要脈衝寬度。
脈衝線性調頻控制單元CU可為能夠施加所要線性調頻至雷射脈衝以便獲得暫時加寬脈衝的任何類型之脈衝線性調頻(例如，脈衝拉伸及/或壓縮)器件。舉例而言，上述參考文件(藉由Gavin D. Reid及Klaas Wynne)描述通常在超速雷射物理學領域中使用的若干脈衝拉伸/壓縮技術。在一些實施例中，脈衝線性調頻控制單元CU可包含一第一類型脈衝拉伸器，其包含一或多個(反射式或透射式)光柵及視情況其他光學元件(例如，光學鏡面、光學透鏡)。在不同實施例中，脈衝線性調頻控制單元CU可包含第二類型之脈衝拉伸器，其包含一或多個稜鏡及視情況其他光學元件(例如，光學鏡面、光學透鏡)。在不同實施例中，脈衝線性調頻控制單元CU可包含第三類型之脈衝拉伸器，其包含一或多個光柵及一或多個稜鏡，及視情況其他光學元件(例如，光學鏡面、光學透鏡)。上述三種類型之脈衝拉伸器件中之每一者可提供一系列脈衝線性調頻，在該系列脈衝線性調頻內線性調頻之所要量可選擇性地適用於雷射脈衝。在許多情況下，線性調頻調諧可係全自動的。此可藉由將脈衝線性調頻控制單元CU之一些組件安裝在一或多個致動器(例如，電致動器)上及藉由跨越致動器之移動範圍準確校準線性調頻而達成。在其他實施例中，脈衝線性調頻控制單元CU可包含經組態以提供固定量脈衝線性調頻至雷射脈衝的一或多個高分散元件(例如，高分散玻璃之區塊)。
在一些實施例中，脈衝線性調頻控制單元CU可為一獨立器件，其可置放在泵浦輻射源PRS與空芯HC光纖OF (例如，HC-PCF)之間。在不同實施例中，脈衝線性調頻控制單元CU可整合至泵浦輻射源PRS中以便共用單一殼體。在其他實施例中，泵浦輻射源可為線性調頻脈衝放大(CPA)系統，例如，鐿CPA系統，且CPA系統之現有脈衝壓縮器可用作脈衝線性調頻控制單元CU。
自泵浦輻射源PRS發射的輸入輻射IRD可首先經引導至脈衝線性調頻控制單元CU中以用於脈衝線性調頻(或脈衝拉伸)，而不是經由第一透明窗TW1直接耦合至空芯HC光纖OF (例如，HC-PCF)中。暫時拉伸泵浦脈衝IRD-C可隨後耦接至光纖OF之芯中以用於產生寬帶輸出輻射ORD。如上文所描述，暫時拉伸泵浦脈衝IRD-C之脈衝能量可隨脈衝拉伸按比例增加以便維持實質上相同的脈衝峰值功率。此可適用於其中泵浦脈衝能量自低能量位準漸升的初始最佳化程序(如下文詳細描述)。
在一些實施例中，輻射源RDS-C可進一步包含經組態以量測及/或監測寬帶輸出輻射ORD的一或多個光學量測器件(圖中未示)。一或多個光學量測器件可包含例如分別經組態以量測寬帶輸出輻射之平均功率及光譜(或PSD)的功率量測器件及光譜量測器件。光學量測器件(例如，光譜量測器件)可比較經量測資料(例如，經量測光譜)與目標資料(例如，目標光譜)並產生誤差信號。此誤差信號可用作回饋信號以用於進一步最佳化脈衝線性調頻控制單元CU。
舉例而言，在一實施例中，誤差信號可發送至經組態以處理自源之組件(例如，光學量測器件)接收到之資訊並執行(預定義及/或使用者輸入)任務的輻射源RDS_C之處理單元(圖中未示)。在一實施例中，處理單元可包含源控制配置之處理器。在另一實施例中，處理單元可以通信方式耦接至源控制配置之處理器。在不同實施例中，處理單元可為源控制配置之處理器。
在分析誤差信號後，處理單元可產生並發送一第一控制信號至脈衝線性調頻控制單元CU以便改變(例如，增加)施加至輸入輻射IRD (例如，經由一或多個致動器之移動)的線性調頻。處理單元可視情況產生並發送第二控制信號至泵浦輻射源PRS以便以與線性調頻相同之比例改變(例如，增加)泵浦脈衝能量。對泵浦脈衝線性調頻及泵浦脈衝能量進行相同比例改變可保持脈衝峰值功率實質上相同同時誘發寬帶輸出輻射及因此經量測資料的改變。此可特定適合於其中當使用具有不同(例如，較小)芯直徑之新纖維(例如，如表1中所示)時泵浦脈衝能量已經自動地設定至不同(例如，較低)最佳值的情形。在其中脈衝線性調頻控制單元CU整合於泵浦輻射源PRS內的情況下，第一控制信號及第二控制信號兩者可發送至泵浦輻射源PRS。
上文所描述之最佳化程序可繼續直至經量測與目標資料之間的差實質上較小(例如，小於給定臨限值)為止。該差可包含一或多個預定義波長(例如，800 nm)之PSD及/或在預定義波長範圍(例如，400 nm至900 nm)內平均之PSD的差。臨限PSD差可例如小於±15%、小於±10%、小於±5%、小於±1%。在脈衝線性調頻控制單元經組態以提供可調諧線性調頻的情況下，線性調頻可在例如-50000 fs 2與0 fs 2之間及/或在0 fs 2與50000 fs 2之間、在-40000 fs 2與0 fs 2之間及/或在0 fs 2與40000 fs 2之間、在-30000 fs 2與0 fs 2之間及/或在0 fs 2與30000 fs 2之間，或在-20000 fs 2與0 fs 2之間及/或在0 fs 2與20000 fs 2之間的範圍內。在脈衝線性調頻控制單元經組態以提供固定可調諧線性調頻的情況下，線性調頻可為例如10000 fs 2、20000 fs 2、30000 fs 2、40000 fs 2或50000 fs 2。所得脈衝拉伸比率(亦即，在線性調頻之後的脈衝寬度對在線性調頻之前的脈衝寬度之比率)可例如不小於100%、不小於75%、不小於50%或不小於25%。在一些實施中，脈衝式泵浦輻射可包含1000 nm至1100 nm之間的質心波長，例如1030 nm。在一些實施中，脈衝式泵浦輻射可包含支援在100 fs與500 fs之間的一變換有限脈衝寬度的一光譜。
許多基於HC-PCF之寬帶輻射源RDS-C (例如，如圖10中所展示)可歸因於例如纖維降級及/或污染受使用壽命問題影響。不時地，現有光纖OF自身或包括纖維之整體儲集器RSV可需要被替換。當具有不同芯直徑的新光纖OF已安裝在輻射源RDS-C中時，輻射源RDS-C之處理單元可根據新的芯直徑調整工作介質WM的壓力以便建立產生目標寬帶光譜所需的分散環境。處理單元可例如藉由參考含有針對一系列核心直徑之最佳氣體壓力之預定義查找表獲得不同壓力值。隨後，處理單元可判定泵浦脈衝線性調頻是否需要被調整。
在一實施例中，泵浦脈衝能量可固定或維持在一較高位準處，該較高位準最佳用於自芯直徑(例如，對於27 μm至33 μm之上述範圍的33 μm)的製造範圍(例如，覆蓋自標稱芯直徑之觀察到或預期之變化的範圍)之上部末端產生目標光譜。在此情況下，待安裝在寬帶輻射源RDS-C中的新纖維之芯直徑將與上部末端芯直徑相同或小於上部末端芯直徑。對於上部末端芯直徑，脈衝線性調頻控制單元CU之線性調頻可設定為零或實質上接近零，此意謂泵浦脈衝為變換有限脈衝或實質上接近於變換有限脈衝。當使用具有較小芯直徑之新的纖維時，經維持泵浦脈衝能量可不再最佳或過高以用於產生目標寬帶光譜，且處理單元因此可命令脈衝線性調頻控制單元CU以應用適合量之線性調頻以便暫時增寬泵浦脈衝。線性調頻之量可經由數值模擬而預定。視情況或另外，脈衝線性調頻控制單元CU可允許基於來自一或多個光學量測器件之回饋微調線性調頻(如上文所描述)。線性調頻之微調的目的可係減少或最小化經量測輸出光譜(例如PSD位準)與目標光譜之間的差。
在一實施例中，輻射源可包含攜載前述查找表之資訊且可藉由處理單元讀取的記憶體器件。查找表中之資訊可為例如根據安裝於儲集器RSV中的纖維之芯直徑的所需氣體壓力、泵浦脈衝能量及泵浦脈衝線性調頻。此等參數可自模擬而預計算或自實驗預定。在獲得參數後，處理單元可分別發送控制信號至輻射源RDS之不同組件/單元，例如脈衝線性調頻控制單元CU、工作介質控制單元。
以下表2展示對於具有30 μm纖維之標稱芯直徑及27 μm至33 μm之製造容限範圍之HC-PCF的多個例示性參數集。如該表中可見，當具有較小芯直徑(例如，27 μm)之纖維用於替換具有較大芯直徑(例如，33 μm)之纖維時，氣體壓力可自較低位準(例如，21.0巴)增加至較高位準(例如，32.1巴)以維持實質上相同分散環境。正或負線性調頻(25000 fs 2)接著可施加至泵浦脈衝以便暫時增寬脈衝寬度(例如，自250 fs增寬至372 fs)。同時，對於製造容限範圍之全部芯直徑維持泵浦脈衝能量(例如，處於6.4 μJ)。 表2
纖芯直徑(µm) 工作介質壓力(巴) 相對泵浦脈衝能量(%) 泵浦脈衝寬度(fs) 絕對線性調頻或GDD (fs 2)
27 32.1 67 372 25000
28 29.8 73 340 21000
29 27.6 78 320 18000
30 25.7 83 302 15000
31 24.0 91 286 12500
32 22.4 94 267 8500
33 21.0 100 250 0
圖11為點擴展功率譜密度(PSD)相對於波長λ的曲線圖，其描述寬帶輸出輻射之三個光譜之不同模擬。光譜C1-UC對應於使用30 µm之初始芯直徑及初始泵浦脈衝能量 的基礎情形。光譜C2-UC對應於其中纖維係用具有27 µm之芯直徑之纖維替換，且已知能量補償用於補償從而產生新的泵浦脈衝能量 的情形。運用能量補償技術，泵浦脈衝能量將需要自初始脈衝能量位準 降低至 (例如，具有類似藍色邊緣)，此導致標稱PSD之顯著改變(例如，在400 nm至900 nm之間的範圍內)。藉由比較，光譜C2-C亦對應於其中纖維係用具有27 µm芯直徑之纖維替換，但其中約10000 fs 2之額外線性調頻已根據本文所揭示之概念施加至具有初期能量位準 之泵浦脈衝的情形。如可見，可達成絕對PSD位準之顯著較佳匹配(C1-UC與C2-C之間)。
圖12為說明可輔助實施本文中所揭示之方法及流程之電腦系統1400的方塊圖。電腦系統1400包括用於傳達資訊之匯流排1402或其他通信機構，及與匯流排1202耦接以用於處理資訊之處理器1204 (或多個處理器1204及1205)。電腦系統1200亦包括耦接至匯流排1202以用於儲存待由處理器1204執行之資訊及指令的主記憶體1206，諸如隨機存取記憶體(RAM)或其他動態儲存器件。主記憶體1206亦可用於在待由處理器1204執行之指令之執行期間儲存暫時性變數或其他中間資訊。電腦系統1200進一步包括耦接至匯流排1202以用於儲存用於處理器1204之靜態資訊及指令的唯讀記憶體(ROM) 1208或其他靜態儲存器件。提供諸如磁碟或光碟之儲存器件1210，且將該儲存器件耦接至匯流排1202以用於儲存資訊及指令。
電腦系統1200可經由匯流排1202耦接至用於向電腦使用者顯示資訊之顯示器1212，諸如，陰極射線管(CRT)或平板顯示器或觸控面板顯示器。包括文數字按鍵及其他按鍵之輸入器件1214耦接至匯流排1202以用於將資訊及命令選擇傳達至處理器1204。另一類型之使用者輸入器件為用於將方向資訊及命令選擇傳達至處理器1204且用於控制顯示器1212上之游標移動的游標控制件1214，諸如，滑鼠、軌跡球或游標方向按鍵。此輸入器件通常具有在兩個軸線(第一軸(例如，x)及第二軸(例如，y))上之兩個自由度，從而允許該器件指定平面中之位置。觸控面板(螢幕)顯示器亦可用作輸入器件。
如本文中所描述之一或多種方法可藉由電腦系統1200回應於處理器1204執行含有於主記憶體1206中之一或多個指令的一或多個序列而執行。可將此等指令自另一電腦可讀媒體(諸如儲存器件1210)讀取至主記憶體1206中。主記憶體1206中含有之指令序列的執行促使處理器1204執行本文中所描述之程序步驟。亦可使用多處理配置中之一或多個處理器，以執行含於主記憶體1206中的指令序列。在一替代實施例中，可代替或結合軟體指令來使用硬佈線電路。因此，本文中之描述不限於硬體電路及軟體之任何特定組合。
如本文所使用之術語「電腦可讀媒體」指代參與將指令提供至處理器1204以供執行之任何媒體。此媒體可採取許多形式，包括(但不限於)非揮發性媒體、揮發性媒體及傳輸媒體。非揮發性媒體包括(例如)光碟或磁碟，諸如儲存器件1210。揮發性媒體包括動態記憶體，諸如主記憶體1206。傳輸媒體包括同軸纜線、銅線及光纖，包括包含匯流排1202之電線。傳輸媒體亦可採取聲波或光波之形式，諸如，在射頻(RF)及紅外線(IR)資料通信期間產生之聲波或光波。電腦可讀媒體之常見形式包括(例如)軟磁碟、軟性磁碟、硬碟、磁帶、任何其他磁媒體、CD-ROM、DVD、任何其他光學媒體、打孔卡、紙帶、具有孔圖案之任何其他實體媒體、RAM、PROM及EPROM、FLASH-EPROM、任何其他記憶體晶片或卡匣、如下文所描述之載波，或可供電腦讀取之任何其他媒體。
可在將一或多個指令之一或多個序列攜載至處理器1204以供執行時涉及各種形式之電腦可讀媒體。舉例而言，初始地可將該等指令承載於遠端電腦之磁碟上。遠端電腦可將指令載入至其動態記憶體內，且使用數據機經由電話線而發送指令。在電腦系統1200本端之數據機可接收電話線上之資料，且使用紅外線傳輸器將資料轉換成紅外線信號。耦接至匯流排1202之紅外線偵測器可接收紅外線信號中所攜載之資料且將資料置放於匯流排1202上。匯流排1202將資料攜載至主記憶體1206，處理器1204自該主記憶體1206擷取及執行指令。由主記憶體1206接收之指令可視情況在由處理器1204執行前或後儲存於儲存器件1210上。
電腦系統1200亦較佳包括耦接至匯流排1202之通信介面1218。通信介面1218提供對網路鏈路1220之雙向資料通信耦接，網路鏈路1220連接至區域網路1222。舉例而言，通信介面1218可為整合式服務數位網路(ISDN)卡或數據機以提供對對應類型之電話線之資料通信連接。作為另一實例，通信介面1218可為區域網路(LAN)卡以提供對相容LAN之資料通信連接。亦可實施無線鏈路。在任何此實施中，通信介面1218發送且接收攜載表示各種類型之資訊之數位資料流的電信號、電磁信號或光學信號。
網路鏈路1220通常經由一或多個網路將資料通信提供至其他資料器件。舉例而言，網路鏈路1220可經由區域網路1222而向主機電腦1224或向由網際網路服務提供者(ISP) 1226操作之資料裝備提供連接。ISP 1226隨後經由全球封包資料通信網路(現在通常被稱作「網際網路」1228)而提供資料通信服務。區域網路1222及網際網路1228兩者皆使用攜載數位資料流之電信號、電磁信號或光信號。經由各種網路之信號及在網路鏈路1220上且經由通信介面1218之信號為輸送資訊的例示性形式之載波，該等信號將數位資料攜載至電腦系統1200且自電腦系統1200攜載數位資料。
電腦系統1200可經由網路、網路鏈路1220及通信介面1218發送訊息並接收資料，包括程式碼。在網際網路實例中，伺服器1230可經由網際網路1228、ISP 1226、區域網路1222及通信介面1218而傳輸用於應用程式之所請求程式碼。舉例而言，一種此類經下載應用程式可提供本文中所描述之技術中的一或多者。所接收程式碼可在其被接收時由處理器1204執行，及/或儲存於儲存器件1210或其他非揮發性儲存器中以供稍後執行。以此方式，電腦系統1200可獲得呈載波形式之應用程式碼。
在經編號條項之後續清單中揭示額外實施例： 1.     一種用於包含一空芯光子晶體纖維(HC-PCF)之一輻射源之源控制配置，該HC-PCF包含具有一芯直徑之一空芯，該源控制配置包含： 至少一個處理器；及 一脈衝線性調頻配置，其經組態以可控地線性調頻脈衝式泵浦輻射以便輸出線性調頻脈衝式泵浦輻射以用於在一壓力下激發包含於該纖維之該空芯內的一工作介質； 其中該處理器可操作以組態該輻射源之源參數，該等源參數包括該壓力及一脈衝線性調頻參數中之一者或兩者，使得該線性調頻脈衝式泵浦輻射在該HC-PCF內經歷一光譜加寬程序，藉此產生具有針對該HC-PCF之一參考芯直徑之一預定義光譜的一輸出輻射，以便補償該芯直徑相對於該參考芯直徑之變化。 2.     如條項1之源控制配置，其中該至少一個處理器經配置以組態該等源參數，使得該光譜加寬程序由一調變不穩定性程序控制。 3.     如任一前述條項之源控制配置，其中該至少一個處理器經配置以組態該等源參數，使得在傳播穿過該空芯時，該線性調頻脈衝式泵浦輻射之一脈衝持續時間經維持為總是寬於該線性調頻脈衝式泵浦輻射在進入該空芯後的一初始脈衝持續時間之75%。 4.     如任一前述條項之源控制配置，其中該至少一個處理器經組態以至少改變該壓力及/或該脈衝線性調頻參數以便補償源於該芯直徑相對於該參考芯直徑之一變化的該輸出輻射之光譜相對於該預定義光譜之一改變，以便實質上維持該預定義光譜。 5.     如條項4之源控制配置，其可操作使得該光譜相對於該預定義光譜之該改變包含在一波長範圍之一或多個波長下的功率譜密度(PSD)之一改變。 6.     如條項4之源控制配置，其可操作以使得該光譜相對於該預定義光譜之該改變包含在一波長範圍內平均的功率譜密度(PSD)之一改變。 7.     如條項5或6之源控制配置，其可操作以使得該波長範圍介於400 nm與900 nm之間。 8.     如條項4至6中任一項之源控制配置，其中在補償之後，該PSD之該殘餘改變小於15%。 9.     如條項5至7中任一項之源控制配置，其中在補償之後，該PSD之該殘餘改變小於10%。 10.   如條項5至7中任一項之源控制配置，其中在補償之後，該PSD之該殘餘改變小於5%。 11.    如任一前述條項之源控制配置，其中該脈衝線性調頻配置經組態以使得該脈衝線性調頻參數可在0 fs 2與50000 fs 2之間及/或在0 fs 2與-50000 fs 2之間的一範圍內調諧。 12.   如條項1至10中的任一項之源控制配置，其中該脈衝線性調頻配置經組態以使得該脈衝線性調頻參數可在0 fs 2與40000 fs 2之間及/或在0 fs 2與-40000 fs 2之間的一範圍內調諧。 13.   如條項1至10中的任一項之源控制配置，其中該脈衝線性調頻配置經組態以使得該脈衝線性調頻參數可在0 fs 2與30000 fs 2之間及/或在0 fs 2與-30000 fs 2之間的一範圍內調諧。 14.   如條項1至10中的任一項之源控制配置，其中該脈衝線性調頻配置經組態以使得該脈衝線性調頻參數可在0 fs 2與20000 fs 2之間及/或在0 fs 2與-20000 fs 2之間的一範圍內調諧。 15.   如任一前述條項之源控制配置，其中該脈衝線性調頻配置經組態以使得該脈衝線性調頻參數固定在-40000 fs 2與40000 fs 2之間的一值處。 16.   如條項1至14中的任一項之源控制配置，其中該脈衝線性調頻配置經組態以使得該脈衝線性調頻參數固定在-30000 2與30000 fs 2之間的一值處。 17.   如條項1至14中的任一項之源控制配置，其中該脈衝線性調頻配置經組態以使得該脈衝線性調頻參數固定在-20000 fs 2與20000 fs 2之間的一值處。 18.   一種輻射源，其包含： 如任一前述條項之源控制配置；及 一空芯光子晶體纖維(HC-PCF)，該空芯光子晶體纖維(HC-PCF)包含具有該芯直徑之一空芯。 19.   如條項18之輻射源，其進一步包含經配置以產生該脈衝式泵浦輻射之一脈衝式泵浦輻射源及用於填充該HC-PCF之該空芯的一工作介質；其中該等源參數進一步包含該脈衝式泵浦輻射及該工作介質之參數。 20.   如條項19之輻射源，其中該脈衝式泵浦輻射包含在1000 nm與1100 nm之間的一質心波長。 21.   如條項19或20之輻射源，其中該脈衝式泵浦輻射包含支援在100 fs與500 fs之間的一變換有限脈衝寬度的一光譜。 22.   如條項19至21中任一項之輻射源，其中該脈衝線性調頻配置包含於該脈衝式泵浦輻射源內。 23.   如條項19至22中任一項之輻射源，其中該工作介質包含以下中之至少一者：一惰性氣體及一分子氣體。 24.   如條項19至23中任一項之輻射源，其中該工作介質經組態以產生在該HC-PCF之該空芯中的異常分散。 25.   如條項18至24中任一項之輻射源，其中該輸出輻射包含至少在500 nm與900 nm之間的波長。 26.   一種度量衡器件，其包含一如條項18至25中任一項之輻射源。 27.   如條項26之度量衡器件，其包含一散射計度量衡裝置、一位階感測器或一對準感測器。 28.   一種微影裝置，其包含如條項1至17中任一項之源控制配置，或包含如條項18至25中任一項之輻射源，或包含如條項26或27之度量衡器件。 29.   一種微影單元，其包含如條項28之微影裝置及/或包含如條項1至17中任一項之源控制配置，或包含如條項18至25中任一項之輻射源，或包含如條項26或27之度量衡器件。 30.   一種控制包含一空芯光子晶體纖維(HC-PCF)之一輻射源之方法，該HC-PCF包含具有一芯直徑之一空芯，該方法包含： 可控地線性調頻脈衝式泵浦輻射以便輸出線性調頻脈衝式泵浦輻射以用於在一壓力下激發包含於該纖維之該空芯內的一工作介質；及 組態該輻射源之源參數，該等源參數包括該壓力及一脈衝線性調頻參數中之一者或兩者，使得該線性調頻脈衝式泵浦輻射在該HC-PCF內經歷一光譜加寬程序，藉此產生具有針對該HC-PCF之一參考芯直徑之一預定義光譜的一輸出輻射，以便補償該芯直徑相對於該參考芯直徑之變化。 31.   如條項30之方法，其中該等源參數經組態以使得該光譜加寬程序由一調變不穩定性程序主導。 32.   如條項30或31之方法，其中該等源參數經組態以使得在傳播穿過該纖維之該空芯時，該線性調頻脈衝式泵浦輻射之一脈衝持續時間經維持為總是寬於該線性調頻脈衝式泵浦輻射在進入該纖維之該空芯後的一初始脈衝持續時間之75%。 33.   如條項30至32中任一項之方法，其進一步包含改變該壓力及/或該脈衝線性調頻參數以便補償源於該芯直徑相對於該參考芯直徑之一變化的該輸出輻射之光譜相對於該預定義光譜之一改變，以便實質上維持該預定義光譜。 34.   如條項33之方法，其中改變該壓力及/或脈衝線性調頻參數之該步驟包含在改變該脈衝線性調頻之前改變該壓力以建立用於該光譜加寬程序之一預定義分散環境。 35.   如條項34之方法，其進一步包含 量測該輸出輻射之該光譜的該改變； 改變該脈衝線性調頻參數直至在補償之後該光譜之該殘餘改變低於一臨限位準為止。 36.   如條項35之方法，其進一步包含根據該經量測改變產生一誤差信號及根據該誤差信號改變該脈衝線性調頻參數。 37.   如條項33至36中任一項之方法，其中該光譜相對於該預定義光譜之該改變包含在一波長範圍之一或多個波長下的功率譜密度(PSD)之一改變。 38.   如條項33至36中任一項之方法，其中該光譜相對於該預定義光譜之該改變包含在一波長範圍內平均的功率譜密度(PSD)之一改變。 39.   如條項37或38之方法，其中該波長範圍介於400 nm與900 nm之間。 40.   如條項35至39中任一項之方法，其中用於該PSD之該改變的該臨限位準為15%。 41.   如條項35至39中任一項之方法，其中用於該PSD之該改變的該臨限位準為10%。 42.   如條項35至39中任一項之方法，其中用於該PSD之該改變的該臨限位準小於5%。 43.   如條項30至42中任一項之方法，其包含： 安裝一新的HC-PCF至該輻射源中；及 執行該組態步驟用於該新的HC-PCF。
儘管可在本文中特定地參考在IC製造中微影裝置之使用，但應理解，本文中所描述之微影裝置可具有其他應用。可能其他應用包括製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭，等等。
儘管可在本文中特定地參考在微影裝置之上下文中的本發明之實施例，但本發明之實施例可用於其他裝置。本發明之實施例可形成光罩檢測裝置、度量衡裝置或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或光罩(或其他圖案化器件)之物件之任何裝置的部件。此等裝置可一般被稱作微影工具。此微影工具可使用真空條件或周圍(非真空)條件。
儘管上文可能已經特定地參考在光學微影之上下文中對本發明之實施例的使用，但應瞭解，在上下文允許之情況下，本發明不限於光學微影，且可用於其他應用(例如壓印微影)中。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。上方描述意欲為說明性，而非限制性的。由此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡述之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。
2:寬帶(白光)輻射投影儀 4:光譜儀偵測器 6:基板 1200:電腦系統 1202:匯流排 1204:處理器 1205:處理器 1206:主記憶體 1208:唯讀記憶體(ROM) 1210:儲存器件 1212:顯示器 1214:輸入器件/游標控制件 1218:通信介面 1220:網路鏈路 1222:區域網路 1224:主機電腦 1226:網際網路服務提供者(ISP) 1228:網際網路 1230:伺服器 AM:照明標記 ANG:入射角 AS:對準感測器 B:輻射光束 BD:光束遞送系統 BE1:輻射光束 BE2:箭頭 BK:烘烤板 C:目標部分 CAP:毛細管 CC:毛細管空腔 CH:冷卻板 CL:電腦系統 CU:脈衝線性調頻控制單元 d:直徑 DE:顯影器 DET:偵測器 DGR:偵測光柵 HC:空芯 IB:光束 IE:輸入端 IF:位置量測系統 IL:照明系統/照明器 I/O1:輸入/輸出埠 I/O2:輸入/輸出埠 IRD:輸入輻射 IRD-C:線性調頻脈衝式泵浦輻射 LA:微影裝置 LACU:微影控制單元 LB:裝載匣 LC:微影單元 LS:位階或高度感測器 LSB:輻射光束 LSD:偵測單元 LSO:輻射源 LSP:投影單元 MA:圖案化器件 MLO:量測部位/量測區域 MT:度量衡工具 M 1:光罩對準標記 M 2:光罩對準標記 OE:輸出端 OF:光纖 OL:物鏡 ORD:輸出輻射 ORD-C:輸出輻射 PD:光偵測器 PGR:投影光柵 PM:第一定位器 PRS:脈衝式泵浦輻射源 PS:投影系統 PU:處理器/處理單元 PW:第二定位器 P 1:基板對準標記 P 2:基板對準標記 RB:輻射光束 RDS:輻射源 RDS-C:輻射源 RO:機器人 RSO:輻射源 RSV:儲集器 SC:旋塗器 SCS:監督控制系統 SC1:第一標度 SC2:第二標度 SC3:第三標度 SI:強度信號 SM:光點鏡面 SO:輻射源 SP:照明光點 SP:支撐部分 SRI:自參考干涉計/區塊 ST:支撐管 T:光罩支撐件 TCU:塗佈顯影系統控制單元 TW1:第一透明窗 TW2:第二透明窗 W:基板 WM:工作介質 WP:壁部分 WT:基板台
現在將參看隨附示意圖作為實例來描述本發明之實施例，在該等示意圖中： -  圖1描繪微影裝置之示意圖綜述； -  圖2描繪微影單元之示意圖綜述； -  圖3描繪整體微影之示意性表示，其表示用以最佳化半導體製造之三種關鍵技術之間的合作； -  圖4描繪可包含根據本發明之實施例的輻射源之用作度量衡器件的散射量測裝置之示意性綜述； -  圖5描繪可包含根據本發明之實施例的輻射源之位準感測器裝置的示意性綜述； -  圖6描繪可包含根據本發明之實施例的輻射源之對準感測器裝置的示意性綜述； -  圖7為可在橫向平面中(亦即，垂直於光纖之軸線)形成根據一實施例之輻射源之部分的空芯光纖的示意性截面圖； -  圖8描繪用於提供寬帶輸出輻射之根據實施例之輻射源的示意性表示； -  圖9(a)及圖9(b)示意性地描繪用於超連續光譜產生之空芯光子晶體纖維(HC-PCF)設計之實例的橫向截面； -  圖10描繪根據一實施例之另外裝備有脈衝線性調頻控制單元之輻射源(例如，如圖8中所展示)之示意性表示； -  圖11為點散佈功率譜密度(PSD)相對於波長λ的曲線圖，其描述寬帶輸出輻射之三個光譜的不同模擬，其對現有方法與所提議方法之有效性進行比較；且 -  圖12描繪用於控制寬帶輻射源之電腦系統的方塊圖。
CU:脈衝線性調頻控制單元
HC:空芯
IE:輸入端
IRD:輸入輻射
IRD-C:線性調頻脈衝式泵浦輻射
OE:輸出端
OF:光纖
ORD-C:輸出輻射
PRS:脈衝式泵浦輻射源
RDS-C:輻射源
RSV:儲集器
TW1:第一透明窗
TW2:第二透明窗
WM:工作介質

Claims (15)

  1. 一種用於包含一空芯光子晶體纖維(HC-PCF)之一輻射源之源控制配置，該HC-PCF包含具有一芯直徑之一空芯，該源控制配置包含： 至少一個處理器；及 一脈衝線性調頻配置，其經組態以可控地線性調頻脈衝式泵浦輻射以便輸出線性調頻脈衝式泵浦輻射以用於在一壓力下激發包含於該纖維之該空芯內的一工作介質； 其中該處理器可操作以組態該輻射源之源參數，該等源參數包括該壓力及一脈衝線性調頻參數中之一者或兩者，使得該線性調頻脈衝式泵浦輻射在該HC-PCF內經歷一光譜加寬程序，藉此產生具有針對該HC-PCF之一參考芯直徑之一預定義光譜的一輸出輻射，以便補償該芯直徑相對於該參考芯直徑之變化。
  2. 如請求項1之源控制配置，其中該至少一個處理器經配置以組態該等源參數，使得該光譜加寬程序由一調變不穩定性程序主導。
  3. 如請求項1至2中任一項之源控制配置，其中該至少一個處理器經配置以組態該等源參數，使得在傳播穿過該空芯時，該線性調頻脈衝式泵浦輻射之一脈衝持續時間經維持為總是寬於該線性調頻脈衝式泵浦輻射在進入該空芯後的一初始脈衝持續時間之75%。
  4. 如請求項1至2中任一項之源控制配置，其中該至少一個處理器經組態以至少改變該壓力及/或該脈衝線性調頻參數以便補償源於該芯直徑相對於該參考芯直徑之一變化的該輸出輻射之光譜相對於該預定義光譜之一改變，以便實質上維持該預定義光譜。
  5. 如請求項4之源控制配置，其可操作以使得該光譜相對於該預定義光譜之該改變包含在一波長範圍之一或多個波長下的功率譜密度(PSD)之一改變。
  6. 如請求項4之源控制配置，其可操作以使得該光譜相對於該預定義光譜之該改變包含在一波長範圍內平均的功率譜密度(PSD)之一改變。
  7. 如請求項5之源控制配置，其可操作以使得該波長範圍介於400 nm與900 nm之間。
  8. 如請求項4之源控制配置，其中在補償之後，該PSD之該殘餘改變小於15%。
  9. 如請求項1至2中任一項之源控制配置，其中該脈衝線性調頻配置經組態以使得該脈衝線性調頻參數可在0 fs 2與50000 fs 2之間及/或在0 fs 2與-50000 fs 2之間的一範圍內調諧。
  10. 一種輻射源，其包含： 如任一前述請求項之源控制配置；及 一空芯光子晶體纖維(HC-PCF)，該空芯光子晶體纖維(HC-PCF)包含具有該芯直徑之一空芯。
  11. 如請求項10之輻射源，其進一步包含經配置以產生該脈衝式泵浦輻射之一脈衝式泵浦輻射源及用於填充該HC-PCF之該空芯的一工作介質；其中該等源參數進一步包含該脈衝式泵浦輻射及該工作介質之參數。
  12. 如請求項11之輻射源，其中該脈衝式泵浦輻射包含支援在100 fs與500 fs之間的一變換有限脈衝寬度的一光譜。
  13. 如請求項11或12中任一項之輻射源，其中該脈衝線性調頻配置包含於該脈衝式泵浦輻射源內。
  14. 一種度量衡器件，其包含一如請求項10至12中任一項之輻射源。
  15. 一種控制包含一空芯光子晶體纖維(HC-PCF)之一輻射源之方法，該HC-PCF包含具有一芯直徑之一空芯，該方法包含： 可控地線性調頻脈衝式泵浦輻射以便輸出線性調頻脈衝式泵浦輻射以用於在一壓力下激發包含於該纖維之該空芯內的一工作介質；及 組態該輻射源之源參數，該等源參數包括該壓力及一脈衝線性調頻參數中之一者或兩者，使得該線性調頻脈衝式泵浦輻射在該HC-PCF內經歷一光譜加寬程序，藉此產生具有針對該HC-PCF之一參考芯直徑之一預定義光譜的一輸出輻射，以便補償該芯直徑相對於該參考芯直徑之變化。
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